DE3929808A1 - Automatische erdungseinrichtung einer elektrostatischen spruehbeschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Erdungseinrichtung einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei bekannten Sprühbeschichtungsanlagen enthält die Erdungseinrichtung mindestens einen Erdungsschalter. Eine solche Erdungseinrichtung ist aus der DE-PS 35 26 013 bekannt. Wegen der Gefahr von Funkenüberschlägen zwischen den Kontakten der Erdungsschalter befinden sich diese vorzugsweise in einer mit Öl gefüllten Schalterkammer. Bei der elektrostatischen Sprühbeschichtung wird das Beschichtungsmaterial vom Sprühorgan mit Hochspannung elektrostatisch aufgeladen, zerstäubt, und von dem an Erdpotential angeschlossenen zu beschichtenden Objekt elektrisch angezogen. Die Hochspannung beträgt bis zu 140 000 V. Bei elektrisch leitfähigen Lacken überträgt sich die Spannung vom Sprühorgan über den elektrisch leitfähigen Lack auch durch die Lackzuleitung hindurch auf das gesamte Lackversorgungssystem. Damit keine gefährlichen Spannungsdifferenzen zwischen einzelnen Anlagenteilen entstehen, werden alle während des Sprühbeschichtungsvorganges von Lack durchflossenen Anlagenteile an die gleiche Hochspannung angeschlossen wie das Sprühorgan oder wie im Sprühorgan angeordnete Hochspannungselektroden. Diese Anlagenteile müssen gegenüber Erde isoliert angeordnet werden. Damit zumindest ein Lackbehälter, aus welchem das Sprühorgan mit Lack versorgt wird, nicht an Hochspannung angeschlossen werden muß, sondern geerdet werden kann, gibt es auch bereits Anlagen, bei welchen sich in der Zuleitung zwischen Behälter und Sprühorgan eine den Lackstrom unterteilende Einrichtung befindet. Aber auch bei diesen Anlagen müssen alle Anlagenteile isoliert aufgestellt werden, welche nach der Lackunterteilungseinrichtung angeordnet und über den Lackstrom mit dem Sprühorgan in elektrischer Verbindung stehen und deshalb an das gleiche Hochspannungspotential angeschlossen werden müssen. Diese Anlagenteile bestehen meistens aus elektrisch leitendem Material und haben eine große Materialmasse. Dadurch bilden sie auch eine große Kapazität, welche nach dem Abschalten der Hochspannung eine hohe elektrische Energie speichert. Diese elektrische Energie muß auf Erdpotential abgeleitet werden, bevor eine Bedienungsperson nach dem Abschalten der elektrischen Hochspannung diese Anlagenteile berühren kann. Die eingangs genannten Erdungsschalter dienen zur Ableitung dieser hohen elektrischen Energie nach dem Abschalten der Hochspannung, und auch zum Schutz der Bedienungsperson, daß die Hochspannung nicht versehentlich oder durch einen technischen Defekt eingeschaltet werden kann, so lange sich die Bedienungsperson in der Sprühbeschichtungsanlage befindet.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine automatische Erdungseinrichtung zu schaffen, welche schlagartig schnell Anlagenteile von Sprühbeschichtungsanlagen, welche isoliert gegenüber Erde angeordnet sind und große elektrische Kapazitäten darstellen, mit Erdpotential verbindet und dabei schlagartig schnell elektrische Energie von diesen Anlagenteilen auf Erdpotential ableitet, ohne daß gefährliche elektrische Funken oder Stromüberschläge entstehen und ohne daß mit Öl gefüllte Schalterkammern erforderlich sind. Die Erdungseinrichtung nach der Erfindung soll konstruktiv einfach sein und durch wenige handelsübliche Bauelemente auf einfache Weise betätigt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung wird ein als Kontaktelement ausgebildeter Kolben von einer Druckfeder schlagartig in eine "Erdungsposition" bewegt, wenn die Druckluft ausfällt oder abgeschaltet wird, welche den Kolben entgegen der Druckfeder in einer "Hochspannungs- Einschaltposition" hält. Die Druckluft spannt die Druckfeder, wenn die Druckluft den Kolben von der "Erdungsposition" axial in die "Hochspannungs- Einschaltposition" bewegt, so daß sich bei Ausfall oder Abschalten der Druckluft, deren Zuleitung dabei entlüftet wird, die Druckfeder schlagartig entspannt. Dabei entsteht über elektrisch leitende Oberflächen des Kolbens auf seinen Stirnseiten, welche durch den Kolben hindurch miteinander verbunden sind, sehr schnell eine elektrische Verbindung vom Erdungskontakt zu den elektrischen Oberflächen des Kolbens und von diesen über die Druckfeder zu den Anlagenteilen, welche mit der Druckfeder elektrisch verbunden sind. Durch diese schnelle elektrische Verbindung zwischen dem Kolben und dem Erdungskontakt wird die Entstehung von schädlichen elektrischen Funkenüberschlagen zwischen dem Kolben und dem Erdungskontakt unterdrückt. Der Funke entsteht innerhalb des Zylinders aus elektrisch isolierendem Material und kann dadurch keine Entzündung oder Explosion von Lack zur Folge haben, auch wenn der Lack explosionsgefährlich ist oder in Form von Lacknebel mit der Luft ein explosives Gemisch bildet und sich solcher Lack oder Lacknebel in der Nähe der Erdungseinrichtung befindet. Beim Sprühbeschichtungsvorgang befindet sich in der Nähe des Sprühorgans und des zu beschichtenden Objektes normalerweise eine größere Wolke von Nebel. Deshalb erfolgt die Beschichtung des Objektes normalerweise in einer Kabine, durch welche die zu beschichtenden Objekte hindurchtransportiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung als Beispiel schematisch dargestellt ist. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 schematisch eine automatische Erdungsein­ richtung nach der Erfindung für eine elektrostatische Sprühbeschichtungsanlage.

Die in der Zeichnung dargestellte automatische Erdungseinrichtung 2 nach der Erfindung ist Bestandteil einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsanlage 4. Die Sprühbeschichtungsanlage 4 enthält ein Lackversorgungssystem 6 zur Zufuhr von Lack zu einem Sprühorgan 8, welches bei der dargestellten Ausführungsform ein Rotationszerstäuber ist, jedoch bei einer anderen Ausführungsform auch eine Zerstäuberdüse sein kann. Das Lackversorgungssystem 6 und das Sprühorgan 8 sind auf einer Tischplatte 10 aus elektrisch leitendem Material angeordnet und über eine elektrische Leitung 12 jeweils nur dann an elektrische Hochspannung zwischen 20 000 und 140 000 V einer Hochspannungserzeugerschaltung 14 angeschlossen, wenn sich ein Kolben 16 der automatischen Erdungseinrichtung 2 in einer "Hochspannungs-Einschaltstellung" befindet.

Die Tischplatte 10 wird von mehreren Beinen aus elektrisch isolierendem Material getragen und ist dadurch gegenüber Erdpotential 20 isoliert angeordnet. Die Zeichnung zeigt nur das Bein 22 der Tischplatte 10, welches Bestandteil der Erdungseinrichtung 2 ist. Das Bein 22 besteht aus einem die Tischplatte 10 tragenden Zylinder 24 aus elektrisch isolierendem Material und einem Erdungskontakt 26 aus elektrisch leitendem Material, welcher einen den Zylinder 24 tragenden Ringbund 27 und einen in das untere Ende des Zylinders 24 hineinragenden und ihn gasdicht verschließenden zapfenartigen Ansatz 28 hat. Der Erdungskontakt 26 steht auf Erdpotential 20 und ist über eine Leitung 29 zusätzlich elektrisch gut leitend mit Erdpotential 20 verbunden. Der im Zylinder 24 axial verschiebbare Kolben 16 liegt an der inneren Zylinderwand 30 über Dichtungen 31 und 32 gasdicht an. Der Kolben 16 besteht aus elektrisch leitendem Material. Eine Druckfeder 34 aus elektrisch leitendem Material ist unter mechanischer Vorspannung zwischen dem Kolben 16 und einem Gehäuse 36 aus elektrisch leitendem Material eines mechanisch betätigbaren pneumatischen Schalters 38 eingespannt. Das obere Ende 39 der Druckfeder 34 hat elektrische Verbindung mit dem Gehäuse 36 des pneumatischen Schalters 38, und das untere Ende 40 der Druckfeder 34 hat elektrische Verbindung mit der oberen Stirnfläche 41 des Kolbens 16, dessen untere Stirnfläche 42 an dem Erdungskontakt 26 anliegt und dadurch mit diesem elektrische Verbindung hat. Das elektrisch leitende Gehäuse 36 des pneumatischen Schalters 38 ist über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 44 elektrisch mit der Tischplatte 10 verbunden. Dadurch ist das Lackversorgungssystem 6 und das Sprühorgan 8 bei der in der Zeichnung dargestellten "Erdungsposition" des Kolbens 16 über die Tischplatte 10, das elektrische Verbindungselement 44, das Gehäuse 36 des pneumatischen Schalters 38, die Druckfeder 34 und den Kolben 16 sowie den Erdungskontakt 26 und die Erdungsleitung 29 mit Erdpotential verbunden.

Bei dieser "Erdungsposition" unterbricht der pneumatische Schalter 38 die pneumatische Verbindung zwischen einer Druckluftzuleitung 48 und einer Druckluftverbindungsleitung 50 je aus elektrisch isolierendem Material. Die Druckluftverbindungsleitung 50 ist mit ihrem einen Ende 52 an den pneumatischen Schalter 38 und mit ihrem anderen Ende 54 an einen pneumatisch betätigbaren elektrischen Schalter 56 angeschlossen, welcher bei der "Erdungsposition" zwischen einer elektrischen Leitung 58 und einer elektrischen Leitung 60 unterbricht, so daß kein elektrisches Signal in der Leitung 58 zur Leitung 60 und von dieser zur Hochspannungserzeugerschaltung 14 gelangen kann. Ohne ein solches Signal ist die Hochspannungsleitung 12 nicht an die Hochspannung des Hochspannungserzeugers 14 angeschlossen, sondern nur wenn der elektrische Schalter 56 in eine Position umgeschaltet wird, bei welcher die beiden elektrischen Leitungen 58 und 60 miteinander verbunden sind. Der elektrische Schalter 56 ist ein Pneumatik/ Elektrik-Wandler, da er ein pneumatisches Signal auf der Druckluft-Verbindungsleitung 50 in ein elektrisches Signal auf der elektrischen Leitung 60 umwandelt. Der elektrische Schalter 56 ist über die Druckluftverbindungsleitung 50 räumlich so weit von den genannten elektrisch leitenden Teilen entfernt, daß von diesen keine Hochspannung auf den elektrischen Schalter 56 überspringen kann.

Der untere Endabschnitt 62 des Kolbens 16 ist kegelstumpfförmig verjüngt, so daß zwischen ihm, dem Erdungskontakt 26 und dem Zylinder 24 auch dann noch ein ringförmiger Druckraum 64 verbleibt, dessen Luftdruck axial von unten auf den Kolben 16 entgegen der Kraft der Druckfeder 34 wirkt, wenn der Kolben 16 mit seiner unteren Stirnfläche 42 am Erdungskontakt 26 anliegt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Auf der dem Erdungskontakt 26 zugewandten Seite des Kolbens 16 führt eine zweite Druckluftzuleitung 66 durch den Zylinder 24 in den Druckraum 64. Die beiden Druckluftzuleitungen 48 und 66 sind an eine gemeinsame Versorgungsleitung 70 angeschlossen, welche über ein Umschaltventil 72 bei der dargestellten Ventilstellung über einen Luftauslaß 74 in die umgebende Atmosphäre entlüftet wird. Das Umschaltventil 72 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein pneumatischer Endschalter, welcher von einer Schranke 76, zum Beispiel einer Tür, betätigt wird, welche verhindert, daß Personen Zutritt zu dem Lackversorgungssystem 6 und dem Sprühorgan 8 haben, solange diese an die Hochspannung des Hochspannungserzeugers 14 angeschlossen sind. Die Zeichnung zeigt die Schranke 76 in ihrer Offenstellung, bei welcher sie Personen hindurchläßt. Beim Schließen der Schranke 76 bewegt sie das Umschaltventil 72 in eine Ventilposition, bei welcher es eine Druckluftquelle 78 mit der Versorgungsleitung 70 und damit auch mit den Druckluftzuleitungen 48 und 66 verbindet. Die Druckluft wirkt in der Druckkammer 64 auf die Unterseite des Kolbens 16 und bewegt ihn dadurch entgegen der Kraft der Druckfeder 34 axial im Zylinder 24 eine "bestimmte Wegstrecke" 80 in Richtung zum pneumatischen Schalter 38 in eine "Hochspannungs-Einschaltposition", in welcher der Kolben 16 über ein Schaltstück 82 auf ein Betätigungselement 84 des pneumatischen Schalters 38 drückt und dadurch den pneumatischen Schalter 38 schließt, so daß die Druckluftzuleitung 48 über den pneumatischen Schalter 38 mit der Druckluftverbindungsleitung 50 verbunden wird. Dadurch betätigt die Druckluft den elektrischen Schalter 56 und bringt ihn in eine Stellung, bei welcher er die elektrischen Leitungen 58 und 60 miteinander verbindet, so daß ein elektrisches Signal zu der Hochspannugserzeugerschaltung 14 gelangt. Nur wenn dieses elektrische Signal an der Hochspannungserzeugerschaltung 14 vorhanden ist, kann an ihr die Hochspannung mit der Hochspannungsleitung 12 verbunden werden, entweder automatisch oder von Hand. Die "bestimmte Wegstrecke" ist so groß, daß kein Hochspannungsüberschlag zwischen dem Kolben 16 und dem Erdungskontakt 26 entstehen kann, welche nunmehr um die "bestimmte Wegstrecke" 80 voneinander entfernt sind. Das Schaltstück 82 hat eine längliche Form, befindet sich in der Druckfeder 34 und wird von dieser Druckfeder 34 ungefähr in Druckfedermitte 86 getragen. Daraus ist ersichtlich, daß die Druckfeder 34 auch aus zwei Druckfederhälften bestehen könnte, welche in Federmitte 86 über das Schaltstück 82 elektrisch miteinander verbunden sind. Bei einem Abfall des Druckes der Druckluft, beispielsweise beim Öffnen der Schranke 76, bewegt die Druckfeder 34 den Kolben 16 schlagartig schnell auf den Erdungskontakt 26, wodurch der pneumatische Schalter 38 und der elektrische Schalter 56 geöffnet werden, dadurch die Hochspannung auf der Leitung 12 abgeschaltet wird, und wobei das Lackversorgungssystem 6 und das Sprühorgan 8 über die Tischplatte 10, das elektrische Verbindungselement 44, das Gehäuse 36 des pneumatischen Schalters 38, die Druckfeder 34 und den Kolben 16 sowie den Erdungskontakt 26 und die Erdungsleitung 29 mit Erdpotential 20 verbunden werden. Durch die schlagartig schnelle Bewegung des Kolbens 16 auf den Erdungskontakt 26 kann nur ein kleiner Funke bei der elektrischen Entladung der elektrischen Kapazität der Anlage entstehen. Da dieser Funke außerdem innerhalb des elektrisch isolierenden Zylinders 24 in einem begrenzten Raum stattfindet, besteht keinerlei Explosionsgefahr, auch dann nicht, wenn sich auf der Zylinderaußenseite Beschich­ tungsmaterial, beispielsweise nebelartiger Lack befindet.

Der Druckraum 64 kann über eine, in der Zeichnung nicht dargestellte, durch den Zylinder 24 hindurchführende und als Strömungsdrossel wirkende Öffnung dauernd entlüftet werden, auch wenn sich der Kolben 16 in der "Hochspannungs- Einschaltposition" befindet. Dadurch können elektrisch geladene Luftteilchen ständig aus dem Druckraum 64 abgeführt werden, welche durch die Funkenbildung zwischen dem Kolben 16 und dem Erdungskontakt 26 entstehen, wenn der Kolben 16 von der Hochspannungs-Einschaltposition in die Erdungsposition nach unten bewegt wird.

Funktionsbeschreibung: Der Isoliertisch mit der Tischplatte 10 und dem Bein 22 dient zum isolierten Aufstellen des Lackversorgungssystems 6, insbesondere von Lackbehältern und Lösemittelbehältern der Sprühbeschich­ tungsanlage. Während des Sprühbeschichtungsvorganges müssen diese Behälter das gleiche elektrische Spannungspotential haben wie das Sprühorgan 8. Wegen der für das elektrostatische Beschichten erforderlichen hohen Spannung von bis zu 140 000 V muß der Isoliertisch in einem abgesperrten Raum, in einer Spritzkabine oder in einem Lackraum aufgestellt werden, welcher bei eingeschalteter Sprühbeschichtungsanlage nicht betreten werden kann. Für das Nachfüllen der Behälter und bei Wartungsarbeiten muß die Hochspannung jedoch abgeschaltet und die kapazitive Ladungsenergie der Anlagenteile muß elektrisch abgeleitet werden. Dazu ist der Tisch mit dem Erdungsbein 22 ausgerüstet. Sobald die Zutritt-Schranke 76 zum Isoliertisch geschlossen ist, wird über den pneumatischen Endschalter 72 die Druckluft zum Erdungsbein 22 freigegeben. Durch diesen Druck wird der Kolben 16 angehoben, und der Kolben betätigt den pneumatischen Endschalter 38, der oben im Bein 22 eingebaut ist. Dadurch entsteht ein pneumatisches Signal auf der Druckluftverbindungsleitung 50, welches über den Pneumatik/Elektrik-Wandler 56 die Sprühbeschichtungsanlage freigibt, so daß dann in der Hochspannungserzeugerschaltung 14 die Hochspannung eingeschaltet werden kann. Sobald die Schranke 76, welche auch eine andere Art von Absperrung sein kann, geöffnet wird, muß die Druckluft ausgeschaltet werden. Beim Ausschalten der Druckluft wird der Kolben 16 durch den Druck der Druckfeder 34 schlagartig nach unten gegen den Erdungskontakt 26 gedrückt und stellt dadurch eine Erdverbindung her.

Der Kolben 16 besteht aus elektrisch leitendem Material. Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform kann der Kolben 16 aus elektrisch isolierendem Material bestehen und an seinen Stirnflächen mit elektrisch leitendem Material versehen sein, welches elektrisch miteinander verbunden ist.

In einem anderen, nicht dargestellten Bein der Tischplatte 10 kann ein hochohmiger elektrischer Widerstand untergebracht sein, welcher die Tischplatte 10 ständig mit dem Erdpotential 20 verbindet und dadurch auch bei eingeschalteter Hochspannung elektrische Ladungen vom Lackversorgungssystem 6 auf Erdpotential ableitet. Dadurch kann die Größe des Funkens reduziert werden, welcher zwischen dem Kolben 16 und dem Erdungskontakt 26 entsteht, wenn der Kolben 16 auf den Erdungskontakt 26 bewegt wird.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann in dem Zylinder 24 nahe des Erdungskontaktes 26 eine Öffnung 90 gebildet sein, über welche aus dem Druckraum 64 auch dann Luft in gedrosselter Weise in die Umgebungsatmosphäre entweichen kann, wenn der Kolben 16 an Erdungskontakt anliegt. Dadurch wird vermieden, daß im Druckraum 64 eine explosive Ionenkonzentration entstehen kann.

Das Schaltstück 82 dient zur Distanzüberbrückung zwischen dem Kolben 16 und dem Betätigungselement 84 des pneumatischen Schalters 38. In abgewandelter Ausführungsform kann das Schaltstück 82 aus elektrisch isolierendem Material bestehen und in die aus einem Stück bestehende Druckfeder 34 eingeschraubt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung kann das Schaltstück 82 weggelassen werden, nämlich dann, wenn der Kolben 16 und/oder das Betätigungselement 84 sich so weit in die Druckfeder 34 hineinerstreckt, daß der Kolben 16 das Betätigungselement 84 betätigen kann.

Claims (3)

1. Automatische Erdungseinrichtung (2) einer elektrostatischen Sprühbeschichtungsanlage (4) zur automatischen Erdung von Anlagenteilen (6, 8, 10), welche gegenüber Erdpotential (20) isoliert angeordnet sind, in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Sprühbeschichtungsanlage (4), gekennzeichnet durch ,

• 1.1. einen Zylinder (24) aus elektrisch isolierendem Material,
• 1.2. einen im Zylinder (24) axial verschiebbaren Kolben (16) ,
• 1.3. eine den Kolben (16) gegen einen Erdungskontakt (26) drängende Druckfeder (34), welche mit den elektrisch isoliert angeordneten Anlageteilen (6, 8, 10) eine elektrische Verbindung hat und welche außerdem durch den Kolben (16) hindurch mit dem Erdungskontakt (26) elektrisch nur ver­ bunden ist, solange die Druckfeder (34) den Kolben (16) am Erdungskontakt (26) hält, so daß in dieser "Erdungsposition" die isoliert ange­ ordneten Anlageteile (6, 8, 10) geerdet sind,
• 1.4. einen Drucklufteinlaß (64, 66) in den Zylinder (24) auf die dem Erdungskontakt (26) zugewandte Stirnseite des Kolbens (16), über welchen Druckluft auf diese Stirnseite des Kolbens (16) zugeführt werden kann, welche den Kolben (16) entgegen der mechanisch vorgespannten Druckfeder (34) eine "bestimmte Wegstrecke" vom Erdungs­ kontakt (26) weg axial in eine "Hochspannungs- Einschalt-Position" bewegt,
• 1.5. einen mechanisch betätigbaren pneumatischen Schalter (38), welcher in einer Pneumatikleitung (70, 48, 50) die Druckluftzufuhr von einer Druckluftquelle (78) zu einem pneumatisch betätigbaren elektrischen Schalter (56) steuert und ein im Zylinder (24) angeordnetes Betätigungselement (84) aufweist, welches vom Kolben (16) betätigt wird, wenn er in seine "Hochspannungs-Einschaltposition" gelangt oder von dieser wegbewegt wird, wobei der elektrische Schalter (56) in der "Hochspannungs-Einschalt­ position" des Kolbens (16) das Einschalten der für das elektrostatische Beschichten erforder­ lichen Hochspannung der Sprühbeschichtungsanlage (4) ermöglicht, jedoch nicht in der "Erdungs­ position" des Kolbens (16),
• 1.6. wobei die "bestimmte Wegstrecke" so groß ist, daß kein elektrischer Spannungsüberschlag der elektrischen Hochspannung von der Druckfeder (34) und dem Kolben (16) zum Erdungskontakt (26) auftreten kann, wenn sich der Kolben (16) in der "Hochspannungs-Einschaltposition" befindet und die Druckfeder (34) an die Hochspannung ange­ schlossen ist.

2. Erdungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein längliches Schaltstück (82) in der Druckfeder (34) angeordnet ist und von ihr gehalten wird, welches in der "Erdungsposition" je einen axialen Abstand sowohl vom Kolben (16) als auch vom Betätigungselement (84) des pneumatischen Schalters (38) hat und welches bei Bewegung des Kolbens im Bereich seiner "Hochspannungs-Einschaltposition" diese Bewegung des Kolbens auf das Betätigungselement (84) des pneumatischen Schalters überträgt.

3. Erdungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (24) ein Bein, oder mindestens eine Teillänge eines Beines, eines Tisches bildet, auf dessen Tischplatte (10) die gegenüber Erde isolierten Anlagenteile (6, 8, 10) angeordnet sind.